扰流柱协同螺旋片强化套管换热器壳侧换热

对于内管外壁安装有螺旋片的套管换热器的壳侧,在螺旋片所形成的螺旋通道中心,沿螺旋方向周期性地布置扰流柱以进一步提高其换热性能,对这种扰流柱协同螺旋片强化的换热器的换热特性进行了实验研究,应用场协同理论分析了其强化机理。结果表明,在Re=4000～14000范围内,扰流柱协同螺旋片强化的换热器的传热系数为相同螺距下只安装螺旋片的换热器的1.53～2.53倍,为光滑内管换热器的3.08～4.87倍。在相同质量流量、相同压降及相同泵功条件下,扰流柱协同螺旋片强化的换热器的综合换热性能明显好于相同螺距下只安装螺旋片的换热器及光滑内管换热器;在相同压降及相同泵功条件下,保持螺距不变,安装扰流柱比螺距减小一半的综合换热性能更好;单位螺距内安装奇数个扰流柱比安装偶数个扰流柱略好。扰流柱的安装增大了径向速度,使温度场与速度场的协同效果更好,从而提高了换热效果。     

小型受限撞击流反应器内混合特征及激励强化

利用平面激光诱导荧光技术(planar laser induced fluorescence,PLIF)研究了小型受限撞击流反应器(confined impinging jets reactor,CIJR)内混合特征及激励强化,射流入口Reynolds数范围为75~150。研究结果表明,在受限撞击流反应器内,由分离流模式向自持振荡模式转变过程中,两股流体间的混合效果逐渐提升;当流动为分离流模式时,激励能有效地强化两股流体间的混合,而当流动转变为自持振荡模式时,激励对流体混合的影响较小。     

半干法循环流化床脱硫反应器内构件研究进展

常规脱硫反应器存在着床内气固流动不均匀、脱硫剂利用效率低等问题。安装内构件可以破碎气泡和颗粒团聚,改善流化质量,强化脱硫反应器内的气固传质和反应过程,提高脱硫效率。本文介绍了近年来半干法循环流化床脱硫反应器内构件的研究现状,主要介绍了惯性式内构件、钝体式内构件、孔板式内构件、复合型内构件;阐述了各种内构件的形式及特点,其中惯性式内构件能够强化气固分离,但不能优化流场;钝体式内构件能够增强反应器内气固湍动程度,但对轴向混合影响不大;孔板式内构件能够均布流场,但易堵塞;复合内构件能够改善流化性能,强化气固接触,但床层压降较高。通过对装有不同内构件的循环流化床脱硫反应器中气固两相流动特点的分析,指明了各类内构件对流化床内气固流动的作用原理及优缺点,综合床层压降及颗粒浓度分布,并根据现有流化床脱硫反应器内构件特点提出了促进气固高效接触、降低床层压降等新型内构件的开发方向。     

螺旋盘管反应器内黏性流体微观混合性能研究

螺旋盘管反应器无内插件及扰流部件,通过流体流动过程产生的二次流来提高微观混合效果,比较适合于黏性流体混合过程。今采用碘化物-碘酸盐平行竞争反应体系为工作体系,以甘油调节体系黏度,对螺旋盘管反应器内黏性体系的微观混合性能进行研究。考察了物料体积流量、H+浓度、体积比、体系黏度、盘管内径对微观混合性能的影响,并与内径及有效长度相同直管的微观混合性能进行对比研究。结果表明,在实验研究范围内,提高物料体积流量可以增强混合效果,随H+浓度增加,离集指数显著增大。反应物摩尔比相同的前提下,微观混合性能随体积比增加而变差。随体系黏度增大,微观混合性能降低。减小螺旋盘管内径,微观混合性能提高,与直管相比,螺旋盘管反应器微观混合效果明显增强。     

混合过程强化及其设备的研究进展

流体流动和混合是影响化学反应的重要因素,离集指数是表征流体混合程度的常用参数,平均停留时间及停留时间分布是衡量反应器内流体返混的一个量度。文中分析了反应器内流体的混合机理,介绍了两种实验测定离集指数的方法以及数学模拟法;在微观混合的基础上提出了过程与设备的强化方法,借助外界能量或改变流体流动型态和流速等方法强化流体的混合程度,总结了搅拌釜反应器、撞击流反应器、静态混合反应器、超重力旋转床反应器等设备的混合机理及其优缺点。     

搅拌槽反应器内宏观和微观混合及过程强化

搅拌槽反应器广泛应用于石油、化工、制药、冶金等过程工业中,这些过程大都涉及复杂快反应,往往属于混合传递控制的多相过程,反应收率、产品分布和质量等与搅拌槽内流体流动和混合状况密切相关。通过研究各因素对混合产生的影响规律,可以指导搅拌槽的实际生产操作,以达到强化混合的目的。因此,对搅拌槽内宏观和微观混合特性的研究,对反应器的优化设计、工程放大和过程强化具有重要的意义。本工作从实验研究和数值模拟两方面对搅拌槽反应器内的宏观、微观混合及其过程强化的研究进展进行了综述,依据目前的研究现状及存在的问题,对今后的研究方向进行了展望。     

整体型内螺旋翅片管氟利昂12干式蒸发器传热强化研究[摘]

本文为整体型内螺旋翅片管氟利昂12干式蒸发器传热强化试验研究报告。文章首先概述了整体型内螺旋翅片管强化流动沸腾、流动冷凝及单相流体传热的机制和流体力学特性,接着报道了试验研究的结果,其结果表     

射流强化螺旋通道内流体流动与换热的数值模拟

采用CFD软件模拟了射流作用下圆形截面螺旋通道内流体的流动及强化传热特性，模拟结果与实验结果吻合较好。研究了无量纲曲率?=0.061、无量纲螺距?=0.121的螺旋通道内复合涡旋结构及其演变过程，考察了射流入射角度?=π/6~π/3、射流速比?j=3~6时射流对螺旋通道换热的强化效果。结果表明，射流的初始阶段，射流的冲击作用抑制了单一螺旋通道内的离心二次涡旋，生成一对与其旋转方向相反的射流诱导涡旋，随流动发展，射流诱导涡旋先由两涡演变为单涡结构而后逐渐耗散消失。射流作用显著强化了螺旋通道内侧壁面附近流体的换热，随着?减小或?j增大，强化传热效果增强。?j≥4时，不考虑射流流量增加时综合强化传热因子JF1=1.26~1.67，考虑射流流量增加时JF2=1.008~1.19。     

SK型静态混合器内流体流动与传热数值模拟

利用Pro/e 5.0对SK型静态混合器进行参数化建模,运用ANSYS-CFX软件对混合器内流体的流场进行了模拟;分析了SK型静态混合器内流体的流动特性及混合机理,发现在单个混合元件的L/2长处流体的径向平均速度到达最大值,流体径向旋转方向与所在通道的混合元件螺旋方向相反;另外对静态混合器和空管混合器的传热性能进行了对比模拟,进一步证实了静态混合器具有更好的强化传热效果,为静态混合器的设计与研究工作提供了参考。     

流体在粗糙管管内及管隙间湍流流动阻力与传热的数据关联

本文分析了流体在规整型粗糙强化管束的管内和管隙间的流动和传热特性,讨论了湍流流体在规整型粗糙壁面上和在光滑壁面上动量与热量传递的差别,推导出光滑管和粗糙管管内及管隙间湍流流动的流体摩擦阻力系数和传热准数方程的关联式,并能较好地关联螺旋槽管、螺旋低翅片管和缩放管管内与管隙间的流体阻力和传热的实验数据.     

圆盘反应器的混合特性

以工业聚酯终缩聚圆盘反应器开发应用为研究背景,分别考察了介质粘性、弹性、盘径和盘间距对圆盘反应器流型及宏观混合时间的影响,实验结果表明：高粘,弹性,高剪切和小的盘间距有利于混合;釜径增大,混合效率降低。     

笼式反应器中的流动与混合特性

以工业笼式聚酯终缩聚反应器开发应用研究为背景，分别考察了介质的粘度、装料液位、转速和反应的结构对笼式反应器的流型及宏观混合时间的影响。实验表明：高粘度、高剪切和小的网盘间距有利于混合；液位增高，不利于混合；在流型上，笼体和网盘相互消除对方的搅拌死区，大大地提高了反应器的混合效率。     

Studies of gas–liquid flow through reactors internals using VOF simulations

Two-phase flow through reactor internals have been experimentally and numerically studied. Experiments have been carried out with a setup running under ambient pressure for two configurations. The first configuration consists of a mixing box orifice inlet through which liquid flows as a film sheared by a gas flow. The liquid height at orifice inlet is documented over a wide range of liquid and gas flowrates. The second configuration consists of the two-phase flow through a downcomer of a distributing tray. Two and three dimensional computational fluid dynamic (CFD) simulations using the volume of fluid approach have been used to compute both flows for similar flow conditions as used in the experiments. It is shown that the agreement between experiments and calculations is very good. Based on this good agreement, it is finally discussed how CFD can be used to achieve better design rules for gas liquid reactor internals via simulations carried out for industrial process conditions.     

Mixing Characteristics and Bubble Behavior in an Airlift Internal Loop Reactor with Low Aspect Ratio

The present study summarizes the results of macro-and micro-mixing characteristics in an airlift inter-nal loop reactor with low aspect ratio （H/D≤5） using the electrolytic tracer response technique and the method of parallel competing reactions respectively. The micro-mixing has never been investigated in airlift loop reactors. The dual-tip electrical conductivity probe technique is used for measurement of local bubble behavior in the reactor. The effects of several operating parameters and geometric variables are investigated. It is found that the increase in su-perficial gas velocity corresponds to the increase in energy input, liquid circulation velocity and shear rate, decreas-ing the macro-mixing time and segregation index. Moreover, it is shown that top clearance and draft diameter affect flow resistance. However, the bubble redistribution with a screen mesh on the perforated plate distributor for macro-mixing is insignificant. The top region with a high energy dissipation rate is a suitable location for feeding reactants. The analysis of present experimental data provides a valuable insight into the interaction between gas and liquid phases for mixing and improves the understanding of intrinsic roles of hydrodynamics upon the reactor de-sign and operating parameter selection.     

纤维素酶水解反应器的开发与放大

以木质纤维素生产燃料乙醇为背景,在考察玉米秸秆同步糖化与发酵反应特征基础上,给出了合适的反应器构型:螺带型搅拌槽;直径0.2～0.8m,高径比1～2,转速20～120r/min,着重从冷模实验对搅拌槽性能进行了考察,为反应器放大提供必要的基础。实验结果发现,层流流动条件下,随流体剪切稀化性质增强,搅拌功率(Np)显著降低,而无因次混合时间(Ntm)则变化不大;给出适用于强剪切稀化流体的Metzner常数Ks关联式,且Ks与搅拌槽直径无关;对于几何相似的螺带桨,随着搅拌槽直径增大,若保持相同的单位体积功率,Ntm是相同的,这为我们提供了一个螺带型搅拌槽的放大准则;搅拌槽功耗及Ntm随着搅拌槽高径比的增大而增大;最后采用数值计算方法对搅拌槽内分散混合效率进行了考察,发现,根据混合效率的不同,可将螺带型搅拌槽分成几个不同的区域,搅拌槽内体积平均分散混合效率接近于0.5(简单剪切流)。纤维素酶水解反应器的放大,小试给出关键参数(单位体积生产能力),冷模实验提供混合性能、几何结构设计基础,经验判据与CFD相结合,关注基本流型的尺寸效应,兼顾单位体积功率及最大剪切速率。     

Influence of ring-type internals on the solids residence time distribution in the fuel reactor of a dual circulating fluidized bed system for chemical looping combustion

The intensification of gas-solids contact in the fuel reactor of a chemical looping combustion system is enhanced with the installation of ring-type internals. This can be a key issue for achieving the necessary fuel conversion rates. Wedged rings, previously designed and tested, were found to increase the particle concentration in the counter current section of the fuel reactor and hence, to achieve a more homogeneous particles concentration along this zone. The present work investigates the effect of the mentioned internals on the residence time distribution of particles in the fuel reactor of a dual circulating fluidized bed system for chemical looping. The study was carried out in a cold flow model especially designed for the fluid-dynamic analysis of the system equipped with a recently developed residence time measurement device based on the detection of ferromagnetic tracer particles through inductance measurement. Ring internals proved the positive effect on the particles residence time, the residence time distribution is more symmetric and shows lower dispersion, the flow pattern is more plug-flow-like, these effects are intensified with the reduction of the aperture ratio of the rings. On the other hand, the upward particle transport in the counter-current zone of the fuel reactor also increases with the installation of the rings, increasing the bypass flow of solids through the fuel reactor's return loop (internal circulation). For high internal circulation rates the solids residence time distribution of the fuel reactor is dominated by the bypass effect. The findings may be used for focused design improvement of the investigated fluidized bed system.     

内构件固定床反应器中不同水分煤的热解特性

通过在有无内构件(传热板和中心集气管)固定床反应器中研究不同水分含量煤的热解特性,考察了两反应器中煤料的升温特性、热解产物分布、焦油品质以及气体产物组成和半焦热值。结果表明,内构件可以强化传热和调节热解产物在反应器内的流动,相对无内构件反应器,有内构件反应器的反应时间缩短近一半。在有内构件反应器中,当煤水分增加,导致煤热解反应要求的时间延长,焦油中轻质组分(沸点低于360℃)含量明显升高,焦油收率先增加后降低,热解水和热解气产率升高,而无内构件反应器的热解产物无明显差异。当加热温度900℃时,煤水分从0.41%(本文中无特殊说明的均为质量分数) 增加至11.68%,焦油产率从9.21%增长到10.74%;当煤水分增加到15.93%,焦油产量下降到10.26%。两反应器气体平均组成随水分增加的变化趋势相似,气体热值均随水分增加呈下降趋势。     

带阻尼内构件鼓泡塔的研究(Ⅰ)——内构件对流速分布的影响

针对大型鼓泡塔径向流速分布不均易导致中心区域气体短路的问题,提出了在中心区域布置阻尼内构件改善流速分布的方案。冷模实验表明,阻尼内构件的加入可以有效地改善中心区域气-液流速分布,阻尼内构件尺寸对流速分布有显著影响。引入了阻力密度函数来表征阻尼内构件的影响,采用拟均相流动模型模拟含阻尼内构件的塔内流速分布,计算结果与实验测量值大体相符。     

撞击流反应器撞击区流动特性研究

为研究撞击区的流动特性,在有效容积为160 L的撞击流反应器内,以水为介质,饱和KCl溶液为示踪剂,用电导法测定了不同导流筒出口间距和撞击流速下的示踪剂浓度曲线,并通过多釜串联模型拟合得到了撞击区的平均停留时间及模拟釜数。结果表明:导流筒出口间距减小,撞击流速增大,撞击区平均停留时间减小,釜数减小;撞击流速为2.0 m/s时,撞击区内流型接近于全混流。停留时间分布主要受撞击流速的影响,增大流速有利于促进撞击区中的宏观混合。